一种车规级LIN总线高瞬态响应LDO

本技术涉及汽车总线技术，具体涉及一种车规级lin总线高瞬态响应ldo。

背景技术：

1、在碳中和背景下，新能源汽车发展迅速。随着5g的普及，车载网络技术被广泛应用。车载网络技术，包含汽车移动互联网技术和汽车总线技术。通过汽车总线技术，可将车内各个电控单元关联，每个节点之间通过总线相互通信。目前汽车上广泛采用的有lin总线和控制器局域网(can：controller area network)总线。车规级lin总线相对于常规总线拥有抗干扰性强、集成度高、稳定性良好等优势，逐渐成为汽车总线的主要发展趋势。lin在工作模式下，其瞬时电流可高达几百毫安，而在睡眠或待机模式下，其静态电流又低至微安级。因此，lin总线在工作模式(重载)、睡眠和待机模式(轻载)瞬时切换过程中，会产生瞬时电压和电流的急剧上升，极易导致数字逻辑功能紊乱或mos管击穿损毁芯片。ldo由于具备结构简单、瞬态响应和电源抑制比高等特点，可保证车规级lin总线稳定可靠工作。

2、图1为传统ldo架构，主要由误差放大器op、缓冲器(buffer)、调整管(passtransistor)和反馈电阻(rfb)构成。

3、由于没有单独的增强、保护、补偿等ldo性能提升模块设计。因此传统ldo主要存在以下三个问题：

4、其一为传统ldo没有瞬态增强模块设计，负载从重载瞬间突变到轻载时，调整管不能及时通过主负反馈环路调节栅压来响应负载突变，此时变化的差值电流全部涌入反馈回路流向地，会引起几百毫伏上冲电压；同理在轻载突变为重载时，也会引起很大的下冲电压，所以传统ldo瞬态响应完全依赖主负反馈环路调节，调节效果差且瞬态响应时间长。

5、其二为传统ldo为简单的改善瞬态响应，会在负载端外接几十皮到上百皮的负载电容。当负载从重载瞬间突变到轻载时，变化的差值电流对负载电容进行充电吸收额外的差值电流；当轻载突变为重载时，负载电容对负载端放电提供额外的差值电流，这样改善瞬态响应空间有限。所以传统ldo的负载电容过大会占用大量芯片面积，而且会降低输出极点频率导致输出震荡。

6、其三为实际中的电源电压都是非理想的，因此非理想电源一定存在噪声和干扰而且当负载变化的时候电源电压会发生轻微的波动。所以传统ldo内部无电源抑制比增强设计时，其输出稳压值会随着非理想电源电压的波动而变化。

7、基于此，本实用新型设计了一种车规级lin总线高瞬态响应ldo以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种车规级lin总线高瞬态响应ldo。

2、为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

3、一种车规级lin总线高瞬态响应ldo，包括ldo主环路，ldo主环路上有nmos调整管n0、主环路运放opa、新型摆率增强模块、保护模块、超级源随器和反馈电阻rfb，n0电连接opa、新型摆率增强模块、保护模块和rfb；opa电连接新型摆率增强模块和超级源随器；保护模块与新型摆率增强模块和超级源随器电连接。

4、进一步的，新型摆率增强模块包括采样运放opb和补偿运放opc，opb电连接保护模块、opc、n0和超级源随器；opc电连接opa、超级源随器和n0。

5、进一步的，还包括电阻r3、电流源iptat、pmos管p1、pmos管p2、pmos管p6、pmos管p7、nmos管n1、nmos管n3和nmos管n12；n0漏极连接电源电压vdd，n0源极连接rfb，n0栅极连接opb、opc和超级源随器；输出电压vout取自n0源极；rfb串联在n0源极和接地端之间，vfb为rfb对输出电压vout的分压；p1源极连接到电源电压vdd，p1栅极连接到p2栅极，p1漏极连接到p6源极，p1栅极连接到p1漏极；p2源极连接到电源电压vdd，p2漏极连接到p7源极，p2栅极连接到opa；p6栅极连接到p7栅极，p6漏极连接电流源iptat正极，p6栅极连接p6漏极；p7漏极连接n1漏极，p7栅极连接opa；n1栅极连接opa，n1源极连接n3漏极，n1栅极连接n1漏极；n3源极接地，n3栅极连接opa；电流源iptat负极接地；n12源极接地，n12栅极连接opb、n12漏极连接电阻r3，电阻r3串联在n0源极和n12漏极之间。

6、进一步的，主环路运放opa包括pmos管p3、pmos管p4、pmos管p5、pmos管p8、pmos管p9、pmos管p10、pmos管p11、pmos管p22、pmos管p23、nmos管n2、nmos管n4、nmos管n5、nmos管n6、nmos管n7和nmos管n8；p3源极连接电源vdd，p3漏极连接到p5源极和p4栅极，p3栅极连接p10栅极和p2栅极；p4源极连接到电源电压vdd，p4漏极连接到p8源极和p9源极以及p5栅极；p5漏极连接到n2漏极；p8漏极连接n6漏极，p8源极连接p9源极，p8栅极接参考电压vref；p9漏极连接p22漏极，p9栅极接反馈电阻rfb对输出电压vout的分压vfb；p10源极连接电源电压vdd，p10栅极连接p11栅极，p10漏极连接p22源极；p11源极连接电源电压vdd，p11漏极连接p23源极，p11栅极连接超级源随器；p22栅极连接p7栅极和p23栅极，p22漏极连接n5漏极；p23漏极连接n6漏极和超级源随器；n2栅极连接n1栅极和n5栅极，n2源极连接n4漏极；n4栅极连接n3栅极，n4源极连接地；n5源极连接n7漏极，n5栅极连接n6栅极，n5漏极连接n7栅极；n6源极连接n8漏极，n6栅极连接超级源随器；n7栅极连接n8栅极，n7源极接地；n8源极接地。

7、进一步的，超级源随器包括pmos管p12、pmos管p24、nmos管n9和nmos管n19；p12栅极连接p23漏极，p12漏极连接n19漏极，p12源极连接p24漏极、n12漏极、opc、opb和n0的栅极；p24源极连接电源电压vdd，p24栅极连接p11栅极和opc；n9栅极连接p12漏极，n9源极接地，n9漏极连接p12源极；n19栅极连接n6栅极，n19源极接地，n19漏极连接n9栅极。

8、进一步的，补偿运放opc包括，补偿电容c1、pmos管p13、pmos管p14、pmos管p15、pmos管p16、pmos管p17、nmos管n16、nmos管n17、nmos管n20、nmos管n21、nmos管n22、nmos管n23、nmos管n24、nmos管n25、电阻r1和电阻r2；p13源极连接电源电压vdd，p13栅极连接p15栅极，p13漏极连接n20漏极，p13漏极连接p13栅极；p14源极连接电源电压vdd，p14栅极连接p24栅极，p14漏极连接p16源极和p17源极；p15源极连接电源电压vdd、p15漏极连接n23漏极；p16漏极连接n23漏极和n25栅极，p16栅极连接opb；p17漏极连接n25漏极和n24栅极，p17栅极接输出电压vout；n16源极接地，n16栅极连接r2，n16漏极连接p15漏极和n17栅极；n17源极接地，n17栅极连接电阻r2和n16漏极，n17漏极连接电阻r1；n20源极接地，n20栅极连接n21栅极和p16漏极；n21源极接地，n21漏极连接n24源极；n22源极接地，n22漏极连接n25源极，n22栅极连接n23栅极和n25漏极；n23源极接地；n24栅极连接n25漏极，n24漏极连接n21栅极和n25栅极；n25漏极连接n22栅极；r1串联在n17漏极与p12源极之间；r2串联在n16栅极与n17栅极之间；c1负极接地，c1正极连接p12栅极。

9、进一步的，采样运放opb包括pmos管p18、pmos管p19、pmos管p20、pmos管p21、nmos管n10、nmos管n11、nmos管n14、nmos管n15、nmos管n18、nmos管n19；p18源极连接电源电压vdd、p18漏极连接n10漏极，p18栅极连接p19栅极，p18栅极连接p18漏极；p19源极连接电源电压vdd，p19漏极连接p20源极和p21源极；p20漏极连接n18漏极，p20栅极连接p16栅极和n14漏极；p21漏极连接n14栅极和n19漏极，p21栅极连接p17栅极和输出电压vout；n10源极接地，n10栅极连接n1源极和n11栅极；n11源极接地，n11栅极连接n12栅极，n11漏极连接n14源极和n14栅极；n14栅极连接p19漏极和n19漏极，n14漏极连接n15源极和p16栅极；n15栅极连接p24漏极和n0栅极，n15漏极连接电源电压vdd；n18源极接地，n18漏极连接p20漏极，n18栅极连接n19栅极，n18栅极与n18漏极相连接；n19源极接地，n19漏极连接n14栅极和p21漏极。

10、进一步的，保护模块包括保护器一和保护器二；保护模块包括保护器一和保护器二，保护器一电连接n0、opb、opc和超级源随器；保护器二电连接保护器一n0、opb、opc和超级源随器。

11、进一步的，所述保护器一由二极管d1和nmos管n13构成；d1正极连接n0栅极，d1负极连接n13漏极；n13栅极连接n11漏极，n13源极接地。

12、进一步的，所述保护器二由n15和电阻r4构成；电阻r4串联在电源电压vdd和n15源极之间。

13、有益效果

14、采用本实用新型结构，主环路运放opa为ldo主环路保证环路增益、环路带宽、负载调整率和电源抑制比；新型摆率增强模块作用是对负载突变引起的上冲或下冲进行突变补偿；保护模块用以当ldo或电源电压异常时保护新型摆率增强模块仍稳定工作；新型摆率增强模块不依赖电容元件补偿负载突变，从而避免负载电容过大占用大量芯片面积的问题；新型摆率增强模块可以快速地传递上冲或下冲并迅速进行上冲或下冲补偿，相比传统主负反馈的负载电容进行补偿的方式提升了补偿效果并降低了响应时间。

15、采用本实用新型结构，主环路运放opa采用折叠式cascode运放同时在opa内部尾电流设计负反馈电路结构。opa内部尾电流负反馈电路由p5和p4构成，若p5的栅极电压受电源波动而上升或下降时，p5和p3可等效为源极跟随器，所以p5的源极电压上升或下降，p5的源极电压又作为p4的栅极电压；此时p9、p8和p4可等效为mos管做负载的共源极放大器，所以p4的漏极电压下降或上升，p4的漏极电压又作为p5的栅极电压，最终电源的波动经负反馈抵消，因此可以抵抗电源电压的轻微波动。

16、采用本实用新型结构，opc为补偿运放，不在ldo主环路中，opc电路为二级运放结构，第一级电路结构为ab类对称运放，通过交流和瞬态仿真设计一对合适尺寸(w/l)的交叉耦合mos管n24和n25，第二级为r1和n17的共源极放大器。opc的作用是在负载突变的时候，随着负载变化动态调节n1栅压控制调整管n0栅端充放电速度。

17、采用本实用新型结构，opb为采样运放，不在ldo主环路中。电路结构为二级运放。opb的作用主要是依赖二级运放的高增益特性去钳位p20和p21的栅压并传递给opc的反相输入端p16。

18、采用本实用新型结构，由opb和opc构成的新型摆率增强模块可以改善瞬态响。发生负载突变时opb将下冲或下冲传递给opc，opc可以迅速地补偿负载突变引起的上冲或下冲。当负载端从重载突变至轻载引起上冲时，opc的p16栅端采样opb的输出电压，opc的p17采样ldo输出端电压，在上冲时opc第一级输出电压骤增，并作为第二级n17的栅端偏置使n17支路电流骤增，分走了给功率管n0栅端的充电电流，拉低了功率管的栅压，降低了功率管的vgs，从而降低了输出支路电流，实现了上冲抵消。当负载端从轻载突变至重载引起下冲时，opc的反相输入端采样opb的输出电压，opc的同相输入端采样输出端电压，因此第一级放大器的输出电压骤降，并作为第二级放大器的输入管的栅压，故第二级放大电路的之路电流骤降，电流流向功率管栅端给栅氧化层等效电容充电，抬高了功率管的栅压，抬升了功率管的vgs，从而抬升了输出电流，实现了下冲补偿。

19、采用本实用新型结构，opb的第二级的n11在ldo正常时被偏置在线性区，n11漏端电压很小与后级n13与d1构成限流保护电路，当n15或者n14因ldo工作异常或电源电压异常造成两者栅压急剧上升，使n11的漏端电压上升到n13的vth后开启n13和d1之路对ldo进行泄流，从而保护ldo。opb的n15与一个140kω的电阻r4并联，可以降低n15输出端的输出阻抗，将该极点推到高频无需补偿opb。